摘要：结合2012年钢铁行业污染物排放标准及2015年1月1日起实施的现有钢铁企业二氧化硫排放需达到200mg/m3、氮氧化物排放需达到300mg/m3的新标准以及新《环保法》要求，分析目前我国钢铁行业烧结机头、焦炉烟道气协同治理的必要性和迫切性，提出采用系统思维方法，整体设计理念，优化组合互补技术与工艺，以使环保设备匹配耦合，达到多种污染物综合去除的目的。
关键词：钢铁行业、烟气脱硫脱硝、协同治理、生态圈建设。
引言
钢铁工业作为我国重要的行业之一，直接关系我国各行各业的发展，同时钢铁行业也是排放烧结废气的主要行业之一。钢铁企业排放的烧结废气温度较低，废气量庞大，成分复杂，污染物含量较高，造成了严重的环境污染，严重制约人们的身体健康和经济的长远发展。同时钢铁企业中联合焦化企业也是高能耗、高污染行业，其焦炉烟道气治理也迫在眉睫。
1.我国钢铁行业目前烟气治理存在的不足
1.1烧结烟气脱硫脱硝存在的不足
1.1.1烧结烟气脱硫脱硝覆盖率低，烟气超标排放严重
目前全国共有烧结机超过1200台，大部分已建成烧结脱硫设施，但90%以上没有脱硝设备。国家环保部2012年6月27日颁布《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》，对钢铁行业烧结、球团工业烟气主要污染物排放大幅趋严了要求，自2015年1月1日起现有企业和2012年10月1日起新建企业二氧化硫和氮氧化物排放限值分别为200mg/m³和300mg/m³。钢铁行业烧结球团脱硫脱硝任务艰巨，势在必行。
1.1.2脱硫工程粗制滥造，脱硫率投运率低
经调查，目前我国烧结烟气脱硫市场混乱，简单模仿、低质低价、恶性竞争现象普遍;防腐、外保温、副产物处理等环节缺失;普遍缺乏有效的运营维护，设备故障率高，投运率低。2016年相关环保部门核查结果显示，全国平均综合脱硫效率与2015年新标准还有较大差距。
1.1.3脱硫副产物难以利用，易造成二次污染
湿法脱硫副产物硫酸钙含量能达80%以上，目前主要用于水泥缓释剂、脱硫石膏板等建筑材料。(半)干法脱硫副产物以亚硫酸钙为主，其含量可达40%，硫酸钙含量约占20%，氧化钙占20%，氧化铁及其他杂质占20%。过高的亚硫酸钙含量使其在用作水泥混凝土掺和料时受到限制;脱硫灰中游离氧化钙含量较高，造成其在长期水化过程中不断生成氢氧化钙，致使含脱硫灰渣材料的制品体积不断膨胀，以至于开裂。目前国内对于(半)干法产生的脱硫灰多以回填废矿坑、选择专门的堆场堆放等方式处理，不仅占用土地，还可能污染土壤和地下水。
1.1.4脱硫设施功能单一，协同控制考虑不周
GB28662—2012排放标准对烧结机头SO2、NOx、烟粉尘、二恶英4种污染因子提出了控制要求，根据国内某先进钢铁企业实际监测值，烧结机头氮氧化物和二恶英排放不能达标或不能稳定达标。但目前大多数烧结脱硫设施对NOx、二恶英的去除缺乏综合考虑，造成废气处理多套设备、多重投资，单次投入和运行费用均较高。
1.2焦炉烟气脱硫脱硝存在的不足
1.2.1焦化厂焦炉烟囱大气污染物排放及其控制现状
钢铁联合企业的焦化厂焦炉烟囱大气污染物排放因采用高炉煤气加热，一般能够达标。而独立焦化厂，采用炼焦产生的焦炉煤气加热，一般煤气净化管理比较粗放，焦炉煤气净化质量差，根本达不到燃料煤气的标准，加之焦炉热工管理不到位导到碳化室窜漏，每生产一吨焦炭需要消耗约200m³焦炉煤气，焦炉烟囱排放的烟气含二氧化硫约500mg/m³，含NOx约为1000mg/m³。
目前焦炉烟囱排放烟气还没有形成完善的脱硫脱硝工艺，因焦炉烟囱排放烟气温度低于300℃，采用中低温SCR，效率不高，投资较大。
目前钢铁焦化企业焦炉烟气脱硫脱硝技术鱼龙混杂，各种技术八仙过海各显神通，其中有湿法脱硫+氧化法脱硝，中低温SCR法脱硝+湿法脱硫或干法脱硫脱硝。
钢铁联合企业焦化厂混合煤气加热焦炉状况单位mg/m3
用混合煤气加热焦炉，废气中的氮氧化物基本满足500mg/m3国家排放标准的要求，而用焦炉煤气加热的焦炉，烟道废气中的氮氧化物较难满足国家排放标准的要求。
2.钢铁企业烟气协同治理的现实意义
近期国务院印发的大气污染防治行动计划中明确提出“加快重点行业脱硫、脱硝、除尘改造工程建设。所有钢铁企业的烧结机和球团生产设备等都要安装脱硫脱硝设施”;自2015年1月1日起，现有企业SO2排放需达到200mg/m3标准要求(新旧标准对比详见表1)，这意味着现有约1200台烧结机将面临选择烧结脱硫脱硝工艺、安装脱硫脱硝设施的急迫形势。另外，因新标准对二恶英和氮氧化物提出排放限值要求，且目前有限的监测结果显示,烧结机头在不采取任何治理措施的情况下NOx和二恶英无法稳定达标。因此，实施烧结机头烟气脱硫脱硝脱二恶英协同治理，是钢铁企业的必然选择;选择技术可靠、经济合理的协同控制技术是大多数钢铁企业面临的棘手问题。
表1钢铁烧结机烟气污染排放控制新标准与原标准对比
3.钢铁企业烟气协同治理技术发展方向
3.1焦炉烟气湿法脱硫配套氧化法脱硝方案选择
3.1.1氧化镁法脱硫+氧化法脱硝工艺介绍：
3.1.2氧化镁法脱硫工艺优势：
1.设备投资小
设备因与同行工艺不同而投资更省，占地面积小，更适宜现场地方有限的焦化企业改造，采用一塔多用的脱硫脱硝脱汞工艺方法。
2.运行费用低
运行费用比同行更低，一般低30%-40%左右。由于晋盛工艺特点用新型脱硫剂脱硫，氧化法脱硝脱汞的组合创新工艺，脱除一吨二氧化硫只用0.5吨脱硫剂，相对传统石灰石双碱法用2.5-2.8吨催化剂比，用量减少40%左右，节电40%以上，因此100万吨焦化产能脱硫年费用在100万元以内，脱硝用氧化法比传统SCR法可减少因焦炉烟气温度低而形成硫胺可能性，避免催化剂中毒而降低脱硫效率，运行成本因一塔多用而降低30%以上。
3.技术前瞻性强
脱硫脱硝及烟尘达到国家超低排放标准，技术前瞻性强。目前晋盛节能与国内顶级科技机构合作开发除尘、脱硫、脱硝超低排放技术，处理后所排放的烟气烟尘量达到15mg以下，二氧化硫含量达到5mg以下，氮氧化物含量达到35mg以下，适应未来国家超低排放要求，客户可以一次投资满足几年内标准变化需求。
3.1.3SCR法和氧化法脱硝投资与运行成本比较：
氧化吸收法脱硝工艺
工艺原理：利用氧化剂的强氧化性，将不可溶的低价态氮氧化物(NO)氧化为可溶的高价态氮氧化物(NO2)，然后在吸收塔内将氮氧化物吸收，达到脱除的目的。
该法脱硝对烟气温度要求不高，工艺简便，操作方便，被越来越多的烟气脱硝治理单位和客户所认可。到目前为止，仅有少数烟气治理单位将该技术熟练掌握，并在实践中大力推广。
3.1.4氧化吸收法脱硝工艺的优势：
臭氧氧化吸收洗涤工艺可以通过臭氧氧化剂的流量来调节NOx的脱除效率，操作简单;对烟气温度要求更低，适合烟气50--120℃的低温烟气净化。
臭氧氧化反应更加完全，从而不可逆地脱除了NOx，而不产生二次污染。经过氧化反应，加入的臭氧被反应所消耗，过量的臭氧可以在喷淋塔中分解。
除了NOx之外，一些重金属，如汞及其他重金属污染物也同时被臭氧所氧化。能够满足我国2020年对汞污染治理的环保要求。
3.2烧结机烟道气氧化镁，或氨法脱硫+催化法协同治理方案选择
采用东北师范大学化工学院开发催化剂技术，利用脱硫形成的亚硫酸盐与氮氧化物反应生成氮气排放。
此技术优势在于不增加设备投资，只添加催化剂即可完成脱硝，特别适合于二氧化硫含量高，氮氧化物含量少的烟气治理。目前该技术已完成小试，正在某化工厂锅炉做中试。
4.晋盛焦化生态圈助力钢铁焦化企业提档升级
随着《炼焦工业行业化学污染物排放标准》《焦化行业准入条件(2014年修订)》等一系列法规条例的实施，焦化企业节能减排将面临更加严峻的挑战和考验。从目前运行情况看，焦炉烟囱排放指标中的二氧化硫及氮氧化物的排放浓度达标困难，以致于很多焦化企业被屡屡点名，甚至罚款。
2016年11月26日，环境保护部通报了督查河北、山西重污染天气应对情况。通报显示，山西一些焦化企业提标改造进展较慢，多存在超标排放情况。
2017年1月18日环保部通报，山西三维瑞德焦化有限公司、山西焦化集团有限公司、临汾万鑫达焦化有限责任公司、临汾晋能焦化有限公司焦炉烟气排放熄焦废水中化学需氧量(COD)、氨氮、挥发酚等污染物严重超标排放。
屡上黑榜，环保已成为焦化企业必须解决的问题。能否解决环保问题关系到焦化行业未来发展的空间。
按照《炼焦工业行业化学污染物排放标准》规定，当前焦化企业主要亟待解决的环境问题：一是焦炉烟道气达标排放，即按一般标准要求二氧化硫排放在50mg/Nm3以下，氮氧化物在500mg/Nm3以下，重点地区执行特别排放限值要求二氧化硫达到30mg/Nm3，氮氧化物在150mg/Nm3;二是焦化废水治理，尤其是煤气脱硫中产生的废液治理，既是环保政策要求，也是焦化企业自身生产质量之需求;三是焦化企业的烟尘排放;四是焦化企业的湿熄焦污染物无组织排放。
焦化生态圈就是按照系统思维的方法整体设计，集成创新，形成焦化行业节能减排系统整套技术，对焦化企业进行达标提升改造，从而实现清洁生产，进而打造新型生态大系统，使焦化企业成为具备社会公共服务职能的循环经济实体，成为区域经济的中坚力量。
焦化生态圈的整体规划就是通过实施晋盛焦化生态圈项目，改变焦化企业高能耗、高污染的企业形象，由粗放式单一生产型企业转变为承担一定社会服务功能的综合循环经济实体，成为工业清洁生产的典范。结合生产实际，综合利用各类热能转换节点，既满足生产需要，又能将各种富余能源汇总收集，使之服务于社会，造福百姓。降低了对外界的排放，减少了对环境的破坏。形成良性循环经济体，符合国家整体综合发展政策。通过与厂家合作，进行良好的技术支持与项目改造，打造一个多主体共赢互利的生态圈，更好满足政府、城镇居民、企业相关多方面发展需求的生态大系统。
焦化生态圈产业链IES模型框架图
焦化生态圈是由晋盛节能与中国炼焦行业协会率先提出的，初衷是改变焦化企业高能耗、高污染的行业形象，在将废气废水资源化治理的同时，形成企业内部的闭环式循环经济，在此基础上，让焦化企业融入周边区域经济，与周边区域形成大循环经济。从而实现变废为宝，打造循环经济产业链。
焦化生态圈理念的提出，必将推动焦化环保市场的发展，促进焦化企业整体环境问题的解决，从而建立焦化超级生态链。
结语
共建焦化生态圈是焦化企业良性可持续发展的大势所趋。焦化生态圈为焦化企业提供全方位的节能环保解决方案，是焦化节能环保的一大创新，也是焦化企业的福音。未来焦化环保标准会越来越严，唯有达标排放是出路。焦化企业面对环保问题不能头痛医头，脚痛医脚，而是要用系统思维的理念与方法，整体设计思路，综合规划焦化企业的节能减排工作，把焦化企业的废气废水资源化治理，甚至以废治废，小循环融入大循环才能融入区域经济。
（作者系廊坊市晋盛节能技术服务有限公司 总经理）
